Wielopoziomowa nieogrzewana piwnica w obudowie ściany szczelinowej.
Norma PN-EN ISO 13370 określa jak traktować posadzkę na gruncie, a nawet uwzględnić ścianę piwnicy.
Co jednak, gdy piwnica to 3 lub 5 kondygnacji podziemnych w obudowie ściany szczelinowej.
Mamy wtedy do czynienia z kilkoma czynnikami:
– Dolne partie gruntu w obszarze oddziaływania budynku są poza zasięgiem chwilowych zmian temperatur powietrza zewnętrznego. Temperatura gruntu na tych głębokościach wynosi tyle, ile średnia temperatura roczna powietrza w danej lokalizacji obiektu.
Przyjmijmy lokalizację: Warszawa. Średnia roczna temperatura 8,26 st. C. Jest to średnia ważona godzinowa.
– Ponieważ interesuje nas co dzieje się z piwnicą, która jest głęboko, powietrze wewnętrzne, grunt oraz beton mają znaczną pojemność cieplną (bezwładność termiczną), dlatego przyjmowanie temperatury powierza zewnętrznego na poziomie -20 stopni przy modelu stacjonarnym przepływu ciepła, dałoby wyniki bardzo przekłamane. Przyjmiemy średnią wartość temperatury powietrza zewnętrze ze stycznia i lutego, która dla Warszawy wynosi w przybliżeniu -1 st. C. Jest to średnia ważona godzinowa.
– Temperatura powietrza na parterze +20 st. C.
– Rozpatrujemy przypadek, gdy poziomy garażu pozbawione są własnych źródeł ciepła, ich temperatura będzie wynikiem strat ciepła parteru na rzecz poziomów podziemnych, strat przez przenikanie do środowiska zewnętrznego oraz zysków lub strat z głębokiego gruntu (wynik pokaże). Kondygnacji podziemnych nie można zamodelować jako środowisk (gdyż w programie SAT środowisko ma temperaturę własną) i należy je zamienić na elementy zastępcze. Należy wprowadzić obwodowo po wewnętrznych powierzchniach piwnic opory przejmowania ciepła w postaci cienkiego materiału izolacyjnego (linie poziome jak dla przejmowania pionowo w dół, linie pionowe jak dla przejmowania poziomo) i wypełnić środek materiałem dobrze przewodzącym o λ na poziomie 100 – 200 W/(mK). W każdym razie nie należy stosować współczynnika przewodzenia ciepła jak podano dla powietrza w normie PN-EN_12524_2003. Podana tam wartość 0,025 W/(mK) dotyczy niewielkich przestrzeni nieruchomego powietrza, podczas gdy w pomieszczeniu powietrze ma swobodę ruchu pod wpływem dostarczanej energii kinetycznej.
– W wymianie ciepła przez przewodzenie będzie brała udział także ściana szczelinowa na całej jej długości i jej zbrojenie będzie miało znaczenie.
Przyjmijmy ścianę szczelinową grubości grubości 60cm zbrojoną #25/15cm.
Podobnie przyjmujemy zbrojenie dla fundamentu oraz stropów międzykondygnacyjnych (dla każdego z elementów zgodnie z rzeczywistością – dokumentacją projektową).
– Żeby obliczenia móc przeprowadzić szybko, stosujemy model płaski – przekrojowy.
Stosujemy w tym celu zamienne elementy zbrojenia. np. zbrojenie ściany szczelinowej
#25/15cm = 4,91cm2/1cm = 32,68 cm2/m
Przyjmujemy zastępczą grubość pręta 2,2cm jako pierwiastek z pola przekroju pręta pojedynczego.
Zastępczy współczynnik przewodzenia ciepła zbrojenia ściany szczelinowej w modelu 2D
32,68cm2 * 50 W(mK) / (2,2cm*100cm) = 7,43 W(mK)
Rys. 1. Powstały model 2D w Systemie Analizy Termicznej.
Rys. 2. Izotermy wynikowe.
Tabela wyników:
U (U0) dla zamodelowanej ściany zewnętrznej parteru wynosi 0,184 W/(m2K)
Wartość umownego łącznego liniowego współczynnika przenikania ciepła (zawierającego oddziaływanie całej ściany szczelinowej, fundamentu i stropów garażu) wyniesie w tym przypadku
ψi=47,0788/(20–1)/1 – 0,184*2 = 1,874 W/(mK)
Oczywiście jest to wynik tylko dla tego konkretnego przykładu a zagłębienie stropu parteru i poziomu ocieplenia ściany zewnętrznej w gruncie wpływa na zmniejszenie strat ciepła. Podstawowe znaczenie ma ocieplenie stropu parteru (nad -1). Tutaj 10cm styropianu od spodu stropu.
Dodatkowo otrzymujemy jako wynik temperatury w pomieszczeniach nieogrzewanych piwnicy
poziom -1. od 12,26 st. C do 12,37 st. C średnia +12.32 st. C.
poziom -2. od 11,52 st. C do 11,58 st. C średnia +11.55 st. C.
poziom -3. od 11,03 st. C do 11,09 st. C średnia +11.06 st. C.
Mamy tu do czynienia z pewnym uproszczeniem. Nie rozpatrujemy tu każdej kondygnacji osobno i mostków cieplnych z nimi związanych by wszystkie straty przez przenikanie ująć w jednym miejscu i w jednym liniowym współczynniku przenikania ciepła.
Należy jednak pamiętać, że wynik w największym stopniu zależy od izolacyjności stropu parteru (nad -1). Powyższe uproszczenie nie może być powodem zaniedbania faktycznego odzwierciedlenia budowy stropu nad -1 i jego połączenia ze ścianą szczelinową i ścianą parteru.
Należy pamiętać, że takie modelowanie rzeczywistości oparte jest na założeniach wyspecyfikowanych na początku. Tak więc, by się upewnić, że model odpowiada tym założeniom należy sprawdzić wyniki.
Założyliśmy na początku temperaturę głębokiego gruntu +8,26 st. C. Wyniki wykazują różnicę na powierzchni sztucznego środowiska nazwanego geotermią 0,004 st. C. Różnica jest na tyle mała, że można stwierdzić iż model jest wewnętrznie zgodny.
Ważne jest by pamiętać, że drugi głęboko posadowiony budynek znajdujący się w obszarze bezpośredniego oddziaływania budynku rozpatrywanego (tu ok. 4.5m) zmienia model i wyniki.